Соединение баллера с пером руля

В качестве соединения баллера с пером руля выбираем коническое соединение со шпонкой.

В конусном соединении нижний конец баллера протачивается на конус (без уступа из цилиндрических частей), а в перо руля вваривается ступица.

Длина конической части баллера, которой он закрепляется в пере руля, должна быть не менее 1,5 диаметра баллера с конусностью не более 1:10.

Назначаем длину конической части 650мм.

Минимальный наружный диаметр ступицы должен быть в 1,3÷1,5 раз больше диаметра баллера.

Назначаем диаметр ступицы 600мм.

В большинстве применяющихся конструкций коническая часть баллера закрепляется в ступице с помощью специальной гайки навинчивающейся снизу. Диаметр резьбы гайки применяется не менее 0,9 меньшего диаметра конуса, наружный диаметр гайки не менее 1,5 диаметра резьбы, а высота – не менее 0,8 диаметра резьбы.

Зная диаметр баллера в сечении 3, длину конуса баллера и конусность определим меньший диаметр конуса, он равен 355мм.

Тогда диаметр резьбы гайки равен:

Передача крутящего момента в конусном соединении осуществляется с помощью шпонки. Размеры сечения шпонки bxhпринимаются по ГОСТ 23360-78 в зависимости от среднего диаметра конуса d_ср, а длина шпонки назначается на основе проверки ее прочности на смятие:

(5.12)

[σ_см]=60÷90МПа , принимаем [σ_см]=80 МПа

d_ср=(370+355)/2=362,5 мм

При d_ср=362,5 мм bxh=90x45 мм.

Принимаем длину шпонки равной 350 мм.

Перо руля

Толщина обшивки пера профильного руля S, мм должна быть не менее определяемого по формуле:

, (5.13)

где Т – осадка судна,

а = 0,6 – расстояние между горизонтальными рёбрами или вертикальными диафрагмами,

,

где в = 0,6 – расстояние между горизонтальными рёбрами или вертикальными диафрагмами,

k₁₂ – коэффициент равный 18,6 – для участка обшивки расположенного в пределах 0,35 длины пера руля от его передней кромки; 8 – для участка обшивки расположенного в пределах 0,65 длины пера руля от его задней кромки,

k₁₃ – коэффициент равный 1 для участка обшивки расположенного в струе винта; 0 – участка обшивки расположенного вне струи винта.

Таким образом, толщину обшивки пера руля необходимо определить для двух участков.

В любом случае толщина пера руля должна быть не менее:

мм.

Принимаем минимальную толщину пера руля S = 11 мм.

мм.

Принимаем S₁ = 13мм.

мм.

Принимаем S₂ = 11мм.

Принимаем толщину обшивки пера руля 13 мм, торцевые листы толщиной 16 и 26 мм. Обшивка пера руля изнутри должна быть подкреплена горизонтальными рёбрами и вертикальными диафрагмами. В торцевых листах предусмотрены спусковые пробки из нержавеющего металла.

Рулевые приводы

Судно должно быть снабжено главным и вспомогательным рулевым приводом. Главный привод обеспечивает перекладку полностью погруженного руля с 47,5º одного борта на 47,5º другого при полной скорости хода. Вспомогательный рулевой привод обеспечивает перекладку полностью погруженного руля с 15º одного борта на 15º другого борта. Главный и вспомогательный приводы работают отдельно друг от друга. Управление главным приводом должно осуществляться с ходового мостика и из румпельного отделения. Управление вспомогательным приводом предусматривается из румпельного отделения, а также ходового мостика. Оно не зависит от системы управления главного рулевого привода.

Эффективность рулей

Эффективность выбранного руля Е_р определяется по формуле[1]

, (5.14)

где

А₂ = LT•0,96 = 98,46 6,24 0,96 = 590 м² ,

для руля вне ДП за винтом коэффициент .

Тогда

Суммарная эффективность: (х - число рулей)

Сумма эффективностей всех установленных рулей должна быть не менее большего из значений эффективности Е₁, Е₂ или Е₃.

Е₁ определяется по графикам [1] в зависимости от величин:

и ,

где f = 0,04LT = 0,04∙98,46∙6,24 = 24,6 м² – площадь боковой поверхности кормового подзора,

f₀ = 0.

Получаем Е₁ = 0,057.

Е₂ определяется по формуле [1]:

,

где х₀ = – 15 м – центр парусности,

υ – скорость в узлах,

А₃ – площадь парусности,

А₄ = LT•0,96 = 98,46•6,24•0,96 = 590 м²,

.

Е₃ определяется по формуле [1]:

,

где А₅ – площадь парусности,

А₂ = LT•0,96 = 98,46•6,24•0,96 = 590 м².

.

Выбранный руль считается эффективным так как Ер > Е₁, Е₂, Е₃.

5.12 Гидродинамический расчёт рулей

Гидродинамический расчёт рулей заключается в определении гидродинамических характеристик (сил и моментов на баллере) для различных углов перекладки руля на переднем и заднем ходу судна.

Гидродинамическая сила и момент на баллере на переднем ходу определяются:

,

,

где , С_n – гидродинамические коэффициенты,

r_к – коэффициент влияния корпуса,

где – коэффициент попутного потока,

– коэффициент влияния винта,

– отношение осевой скорости потока вызванное винтом υ_а к скорости потока надвигающегося на движитель υ_р,

где k = 0,25 – учитывает удаление руля от диска винта,

– коэффициент нагрузки по упору,

м/с – скорость потока надвигающегося на движитель.

Тогда

,

.

Сделав предварительные вычисления можно записать:

Гидродинамическая сила и момент на баллере на заднем ходу определяются:

,

,

где r_к = 1, так как ,

, тогда .

Сделав предварительные вычисления можно записать:

Расчёт гидродинамических сил и моментов ведём в таблице 5.2 для переднего хода и в 5.3 для заднего хода.

Таблица 5.2 – Гидродинамические силы и моменты на переднем ходу

Угол перекладки, α, град.
	0,438	0,672	0,969	1,142	1,26
, кН	37,95	58,22	83,95	98,94	109,17
	0,232	0,25	0,264	0,285	0,365
, кН	2,6	6,23	11,5		38,55

Таблица 5.3 – Гидродинамические силы и моменты на заднем ходу

Угол перекладки, α, град.
	0,372	0,553	0,655	0,557	-
, кН	17,1	24,5	30,1	26,5	-
	0,16	0,189	0,232	0,256	-
, кН	22,3	30,5	34,87	29,4	-

По результатам расчётов таблиц 5.2 и 5.3 строим зависимости N, М = f(α) (рисунок 5.3).

Подруливающее устройство

Для улучшения управляемости на малом ходу и поворотливости применяют подруливающие устройство.

Упор подруливающего устройства будет равен:

T_пу=0,03LT=0,03х98,46х6,24=18,43 кН.

Выбираем подруливающее устройство Польского производства: ТТ92, с характеристиками:

Ne=1400кВт, упором 200кН, D=2,47м, L=2,8м

Заключение

В курсовом проекте спроектированы следующие судовые устройства:

- якорное;

- швартовное;

- буксирное;

- рулевое;

Выбраны спасательные средства проектируемого судна.

Судовые устройства в проекте подобраны, спроектированы и размещены в соответствии с правилами «Российского Морского Регистра Судоходства» [1].

Список литературы

1. Российский морской Регистр судоходства. Правила классификации и постройки морских судов. – СПб, 2015.

2. Матвеев А.И., Калинина Н.В. «Основы конструирования общесудовых устройств». – Нижегород. гос. техн. ун-т. Нижний Новгород, 2011.